不同养分替代模式对控制氮磷流失的影响

    訾利梅 方一平

    摘 要：近年来，由种植业带来的农业面源污染已成为各地区和流域水体污染物的重要来源之一。该文基于养分替代模式下化肥减量增效控制农田的氮磷流失研究，分析了不同农田养分替代模式下对化肥减量增效及控制农田氮磷流失的影响，提出了相关农业面源污染防治的对策建议。结果表明：基于养分替代模式的农田施肥种类、施肥用量及施肥方式得到了优化改善，减少了传统化肥的施用投入量。在同等产量水平下，养分替代可以减少农田氮磷的流失，促进化肥减量增效，对于农业面源污染防控具有重要意义。

    关键词：养分替代;化肥减量增效;农田;氮磷流失

    中图分类号 S147.2文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）07-0073-03

    在农业生产中，化肥投入仍然是粮食作物增产最迅速有效的途径和措施，化肥的施用对农业生产具有重要意义[1]。根据联合国粮农组织的相关统计表明，在大部分发展中国家，粮食作物55%的增产量来自化肥施用的作用。但是过量施用单一化肥及施肥结构不合理，不仅不能大幅度地提高产量，甚至造成农产品品质下降，降低肥料利用率[2]。相关研究表明，麦稻轮作制下农田氮肥流失率在6%～9%，磷肥流失率在0.45%～1.2%[3-4]。不合理的施肥会破坏土壤结构、农田过量的氮磷养分流失等可能造成水体富营养化，危害生态环境[5-6]。近年来，随着工业化和城市化进程的加快，生态环境受到明显损害。因此，加强农田的面源污染控制研究，提出针对农田减少氮磷流失的养分替代技术，可以减少因施肥过量及施肥结构不合理等造成的农田面源污染[7-8]。并且丰富了农田施肥种类、优化了施肥用量、改善了施肥方式，在一定程度上减少了传统化肥的施用投入量[9-10]。

    1 农田不同养分替代模式对控制氮磷流失的影响

    1.1 秸秆还田 秸秆还田是当今世界普遍重视的一项培肥地力的增产措施，在杜绝秸秆焚烧造成的大气污染的同时还有增肥增产作用。秸秆还田具有促进土壤有机质及氮、磷、钾等含量的增加;提高土壤水分的保蓄能力;改善植株性状，提高作物产量;改善土壤性状，增加团粒结构等优点[11]。王保君等[12]研究表明：在实际生产中、农田秸秆全量还田施用240kg/hm2纯氮情况下是浙北地区单季晚粳稻最佳的氮肥调控模式。孙志祥等[13]研究显示：秆还田与传统常规化肥施用相比，第1年作物产量无明显差异，但第2年早、晚稻产量分别增加10.11%、9.81%。与单施化肥相比，经过2年连续秸秆还田处理，土壤中有效磷含量显著提高57.77%。建议在测土配方优化施肥的基础上，进行氮肥减量20%～30%，磷肥减量30%～50%，还田3000kg/hm2小麦、水稻秸秆，用以补充减少的氮磷养分。秸秆全量还田大致可以替代20%的化学肥料，也就是说在实行秸秆还田的条件下，可减少20%的肥料用量，基本能保证作物不减产。同时，秸秆直接还田相对增加了有机肥的施用量，削减了化肥施用量，不但降低了农业生产成本，而且减少乐化肥对大气、土壤等环境的污染，使得农业生态环境得到了明显改善[14-15]。秸秆还田利用技术可以直接减少农民的肥料投入量，提高了广大农民科学使用农作物秸秆变有机肥培肥土壤的意识，为杜绝焚烧秸秆现象的发生起到了引导和展示的双重效果，从而减少了秸秆焚烧对大气的污染，保护生态环境[16]。

    1.2 有机肥替代 有机肥施入土壤，经微生物分解，可源源不断、缓慢地释放出各种养分供植物吸收，避免化学氮磷肥快速释放带来流失。有机肥可提高土壤难溶性磷的有效性，减少化学磷肥的施的用量。孙志祥等[13]研究显示：有机肥部分替代化肥与传统常规化肥施用相比，第1年作物产量无明显差异，但第2年早、晚稻产量分别增加6.27%、9.79%。2年连续有机肥部分替代化肥相较于单施化肥相比，土壤中有效磷含量提高68.93%。吕宏伟等[17]研究表明，河南西南部露地蔬菜种植区，用部分有机肥替代化肥及适当节水灌溉，能够在保持蔬菜产量的基础上实现菜田氮、磷流失的减少。尹彩霞等[17]研究表明：与常规施肥相比，有机肥替代优化施肥，各处理提高了水稻对氮、磷、钾养分积累量，提升了水稻养分吸收利用及转运效率。以含一定氮磷养分的有机肥料来替代部分化肥，达到减少化肥用量，减少农田面源污染风险的效果[18]。建议用1500～2000kg/hm2的有机肥作为基肥施入土壤，替代常规施肥量的10%，作物产量能够提高5%～10%，农田养分流失量可降低15%。有机肥是改良土壤的主要物质，微生物在分解过程中生成分泌酶、腐殖质，调节土壤物质和进行能量转化，促进土壤团粒结构形成，增强土壤保水保肥能力，减少氮磷流失风险[19]。

    1.3 生物肥替代 生物肥料是既含有作物所需的营养元素，又含有微生物的制品，是生物、有机、无机的结合体，它可以代替化肥，提供农作物生长发育所需的各类营养元素。王家宝等[20]研究表明：在农田中单施商品生物有机肥5600kg/hm2，有机肥替代化肥的比例20%～30%情况下，能有效减轻小麦菌核病的发生程度，有利于产量的提高。李杰等[21]研究表明，适当减施化肥配施生物肥（80%常规施肥+生物肥）在不影响花椰菜产量的同时，能够显著改善花椰菜的品质、提高肥料利用率和光合效率。与单施化肥的常规施肥处理相比，减少化肥20%施用量，配施4000～6000kg/hm2生物有机肥，可增加黄瓜产量，改善品质，提高氮、磷、钾肥利用率[22]。施用生物肥料如固氮类生物肥料，不仅可适当减少10%～30%的化学氮肥施用量，而且因其所固定的氮素直接贮存在生物体内，相对而言，对环境污染的机会也就小得多。一般施用生物有机复合肥的比单一施用化肥的增产10%左右;施用生物肥料，由于减少了化肥对土壤养分、结构等方面的不良影响，同时又使微生物的活动能力得到增强，所以在一定程度上改善了土壤的理化性质，并提高了土壤中某些养分的含量和有效性[23]。

    1.4 控失肥替代 控失肥利用“化肥固定化技术”，研制出化肥养分控失剂，利用其形成的巨大互穿网络，“网捕”住化肥养分，阻止氮磷养分的流失，提高养分的利用率，且能够降低环境污染。宁远武[24]等研究表明，控释肥与常规复合肥及配方肥能有效地控制施肥节奏，最终经济效益最优。胡鹏[25]研究显示，控失肥常量处理较农民习惯施肥处理水稻增产11.11%，純收益增加13.27%;表明在水稻种植中选用控失肥料能够节本增效。徐旗升等[26]试验结果表明：45%（20-10-15）海伟事控失复合肥、44%（18-8-18）腐殖酸控失复合肥、50%（26-14-16）六国水稻专用控失肥，一次性基施可提高庐江地区早籼稻产量。叶玉适等[27]研究表明：控释BB肥较常规尿素处理水稻全生育期渗漏水TN平均浓度及淋失量降低10.2%及26.1%，降低了农田氮素渗漏损失，有助于农田面源污染减排。该技术应用控失肥替代30%～50%常规化肥，能够减少农田氮磷流失的10%左右，作物产量基本比较稳定。

    1.5 缓释肥替代 缓释肥应用的主要原理是通过各种调控机制使其养分最初缓慢释放，延长作物对有效养分吸收利用的有效期，使其养分按照设定的释放率和释放期缓慢或控制释放的肥料，从而持续供应作物氮磷，提高养分吸收率，减少氮磷流失。赵春晓等[28]通过开展缓控释尿素与常规处理在玉米生产上的对比试验发现，土壤硝态氮及铵态氮含量平均分别提高24.76%、28.21%，氮肥利用率较常规处理提高了15.71%。缓控释肥的应用提高肥料利用率，有效减少了农田氮磷流失。吕伟生等[29]研究表明：缓释肥侧位深施对油菜干物质量积累及根系对N、P、K养分的吸收具有明显的存进左右，提高了油菜产量和肥料利用率。杨阳等[30]研究结果表明：基质缓释肥减量10%施用有助于提高水稻产量和氮肥利用率，减少农田氮磷流失风险。该技术应用缓释肥替代常规化肥80%～100%，明显降低了农田养分的流失，降低率达到20%以上，作物增产5%以上。

    2 农田不同养分替代模式应用的对策建议

    综合相关研究可知，秸秆还田能一定程度上抑制土壤氮的淋失，减少施肥量也可减少氮磷的淋失，施入秸秆和腐殖酸能在一定程度上提高单产[34-35]。大量研究表明[36-43]：通过开展生物有机肥、缓释肥、生物肥以及控失肥试验示范，基于农田不同养分替代模式，各养分替代模式均能够有效减少传统化肥氮磷用量5%～15%，减少农田氮磷流失5%～20%;在农业生产中，相关农田不同养分替代模式组合利用，能够减肥20%～30%用量，有助于减少农田氮磷流失25%～35%。建议利用肥料减量替代技术，结合秸秆还田+腐熟剂，因地制宜推广化肥深施、合理灌溉等技术，通过科学施肥、养分替代，实现秸秆废弃物的农田循环利用，减少化肥施用量和肥料流失。农田不同养分替代模式用于防控农业面源污染中，不仅可以提高土壤质量，改善农业环境，而且促进了农业可持续发展。

    基于农田养分替代为主体的农田氮磷流失污染控制技术，适用于一般土壤肥力条件下农田。对水稻-油菜或水稻-小麦及小麦-玉米轮作模式下的1年2季的地区效果较好。应在不同区域的土壤、气候等自然条件以及不同种植模式、农业生产水平施肥模式等社会经济条件，开展相关试验示范[31-32]。在国家重视农业面源污染控制和农产品质量安全的大背景下，针对性的选用农田养分替代技术体系中的部分技术或组合技术应用，并在其他类似地区进行推广应用，应用前景广阔，有助于化肥减量增效，控制农田氮磷流失[33]。

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